JP6838835B2 - 微粒子検知システム - Google Patents

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Description

本発明は、外部ガス流中に配置され、外部ガス中の微粒子の量を検知する微粒子検知システムに関する。
以前から、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排気ガスに含まれる煤などの微粒子の量を検知する微粒子検知システムが知られている（特許文献１，２参照）。これらの微粒子測定システムでは、外部から清浄空気を供給し、この清浄空気中でコロナ放電を生じさせてイオンを生成し、清浄空気と共に吹き出させてセンサ部内から外部に流れ出るガス流を生じさせる。そして、このガス流に引き込まれた排気ガス（被測定ガス）中の微粒子にイオンを付着させて帯電させ、センサ部外（排気管内)に流出させる一方、微粒子に付着しなかったイオンを捕集し、微粒子に付着してセンサ部外（排気管内）に流出したイオンが持つ流出電荷量に対応するセンサ電流の大きさに基づいて、排気ガス中の微粒子の量を得る。微粒子に付着するイオン量は、排気ガス中に含まれている微粒子の量と相関を有しているため、この微粒子測定システムによれば、流出したイオン量に対応するセンサ電流値から排気ガス中の微粒子の量を測定することができる。
その他、外部からの清浄空気を用いず、センサ部外を流れる排気ガス（外部ガス）の流れを利用して、センサ部の内部を通過する被測定ガスの流れを生じさせ、この被測定ガス中でコロナ放電を生じさせてイオンを生成する形態の微粒子センサも知られている（特許文献３、図６等参照）。このタイプの微粒子センサもまた、排気ガス（被測定ガス）中の微粒子にイオンを付着させて帯電させ、センサ部外に流出させる一方、微粒子に付着しなかったイオンを捕集し、微粒子に付着してセンサ部外に流出したイオンが持つ流出電荷量に対応するセンサ電流の大きさに基づいて、排気ガス中の微粒子の量を測定する。
特開２０１２−２２０４２３号公報 特開２０１２−１９４０７８号公報 特開２０１５−１２９７１１号公報
しかしながら、特許文献３のように、センサ部外を流れる外部ガスの流れを利用して、センサ部の内部を通過する被測定ガスの流れを生じさせる微粒子検知システムでは、検知されるセンサ電流値が、外部ガス流の流速の影響を受ける。即ち、外部ガスに含まれた微粒子量（例えば単位体積当たりの微粒子量）は同じであっても、外部ガス流の流速が変化すると、検知されるセンサ電流値が変動するため、外部ガスに含まれた微粒子量を正しく出力することができない場合がある。
本件は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、外部ガス流の流速の変化による影響を抑制して、外部ガスに含まれた微粒子量を適切に出力できる微粒子検知システムを提供するものである。
上記課題を解決するための一態様は、センサ部と、上記センサ部を駆動するセンサ駆動部と、を備え、上記センサ部の外部を流れる外部ガスの外部ガス流によって、上記外部ガスの一部である被測定ガスが上記センサ部の内部を通過する被測定ガス流を上記センサ部内に生じさせて、上記被測定ガスに含まれた微粒子の量Ｍを検知する微粒子検知システムであって、上記センサ部は、放電により上記被測定ガスを起源とするイオンを発生させ、上記被測定ガスに含まれる上記微粒子に上記イオンを付着させ帯電させた帯電微粒子を上記被測定ガスと共に上記センサ部外に排出する一方、上記イオンのうち上記微粒子に付着しなかった非付着イオンの少なくとも一部を捕集して上記非付着イオンの上記センサ部外への排出を抑制するイオン作用部を有し、上記センサ駆動部は、上記帯電微粒子のセンサ部外への排出によって流出した流出電荷量に対応するセンサ電流値Ｓｓを取得するセンサ電流値取得部と、外部から上記外部ガス流の流速Ｖｇを取得する流速取得部と、上記センサ電流値Ｓｓ及び上記外部ガス流の上記流速Ｖｇを用いて、上記流速Ｖｇの影響が低減された、上記微粒子の量Ｍを取得する微粒子量取得部と、を有し、前記微粒子量取得部は、前記センサ電流値Ｓｓを用いて、前記微粒子の量Ｍを取得するにあたり、前記流速Ｖｇに応じて変化するオフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ）及びゲインＧ（Ｖｇ）を用いて、上記微粒子の量Ｍを取得する微粒子検知システムである。
体積微粒子量がＭ（ｍｇ／ｍ3）である被測定ガスを流した場合に、体積微粒子量Ｍとセンサ電流値取得部で取得されるセンサ電流値Ｓｓ（ｐＡ）とは、下記式（１）の関係で示される。
Ｓｓ＝Ｇ・Ｍ＋Ｓｆ …（１）
なお、Ｓｆはオフセット電流値、Ｇはゲインである。オフセット電流値Ｓｆは、体積微粒子量Ｍ＝０の場合に観測されるセンサ電流値である。センサ部において、微粒子に付着しなかった非付着イオンを完全には捕集できず、センサ部外に流出する非付着イオンが存在するからである。またゲインＧは、体積微粒子量Ｍと(オフセット電流値Ｓｆを差し引いたまたは無視した)センサ電流値Ｓｓとの比(センサ部の感度)である。
従って、センサ電流値取得部で取得したセンサ電流値Ｓｓから、下記式（２）によって、体積微粒子量Ｍを算出することができる。
Ｍ＝（Ｓｓ−Ｓｆ）／Ｇ …（２）
但し、前述したように、センサ電流値取得部で取得されるセンサ電流値Ｓｓは、外部ガス流の流速Ｖｇの影響を受ける。即ち、流速Ｖｇの大きさに拘わらず、被測定ガスに含まれた微粒子の量Ｍを適切に取得するには、センサ電流値Ｓｓのほか外部ガス流の流速Ｖｇを考慮し、この流速Ｖｇの影響を抑制する必要がある。
例えば、外部ガス流の流速Ｖｇが大きい場合には、センサ部内を通過する被測定ガス流の流速も速くなり、センサ部に取り込まれる単位時間あたりの被測定ガスが多くなる。
このため、外部ガス及び被測定ガスに含まれた微粒子の量（濃度）が変化せず一定であっても、外部ガス流の流速Ｖｇが大きくなると、単位時間当たりにセンサ部内を通過する微粒子の数量が多くなる。すると、微粒子に付着してセンサ部外に流出するイオンの量も増加し、センサ電流値取得部で取得されるセンサ電流値が大きくなる。つまり、外部ガス流の流速Ｖｇが大きくなると、これに影響されて、入力（外部ガス（被測定ガス）の微粒子量Ｍ（例えば体積微粒子量Ｍ（ｍｇ／ｍ3）））が同じでも、これに対する出力（センサ電流値Ｓｓ（ｐＡ））の比Ｇ（ゲイン）が増加する。即ち、ゲインＧが、流速Ｖｇの関数Ｇ（Ｖｇ）となっていると考えられる。
また前述したように、外部ガス（被測定ガス）に微粒子が含まれていない（Ｍ＝０）場合(外部ガスが清浄な外部ガスである場合)でも、オフセット電流値Ｓｆのセンサ電流(オフセット電流)が検知される。微粒子に付着しなかった非付着イオンをイオン作用部で完全には捕集できず、センサ部外に流出する非付着イオンが存在するからである。この場合に、外部ガス流の流速Ｖｇが大きくなり、センサ部内を通過する被測定ガス流の流速も速くなると、センサ部外に流出する非付着イオンの量も増加する。このため、外部ガス（被測定ガス）に微粒子が含まれていない場合でも、外部ガス流の流速Ｖｇが大きくなると、オフセット電流値Ｓｆが、従って、センサ電流値Ｓｓが大きくなる。つまり、外部ガス流の流速Ｖｇが大きくなると、微粒子量Ｍに拘わらず、センサ電流値Ｓｓに含まれるオフセット成分（オフセット電流値Ｓｆ）も大きくなる。即ち、オフセット電流値Ｓｆも、流速Ｖｇの関数Ｓｆ（Ｖｇ）となっていると考えられる。
このように、外部ガス及び被測定ガスの微粒子量Ｍが一定であっても、外部ガス流の流速Ｖｇが変化すると、これに応じて、センサ電流値取得部で取得されるセンサ電流値Ｓｓも変化すると考えられる。
これに対し、上述の微粒子検知システムでは、微粒子量取得部において、センサ電流値Ｓｓ及び外部ガス流の流速Ｖｇを用いて、この流速Ｖｇの影響が低減された、微粒子の量Ｍを取得するので、外部ガス流の流速Ｖｇの大小によらず、適切な微粒子の量Ｍ（例えば体積微粒子量Ｍ）を取得することができる。
加えてこのシステムでは、オフセット及びゲインにおける流速Ｖｇの影響を低減して、微粒子の量Ｍを取得するので、外部ガス流の流速Ｖｇの大小によらず、適切な微粒子の量（例えば体積微粒子量）Ｍを取得することができる。
なお、流速取得部は、外部から外部ガス流の流速Ｖｇを取得する。具体的には、例えば、排気管に接続され排気ガス（外部ガス）の流速Ｖｇを検知する流速センサからの出力を取得する。あるいは、エンジンの回転数を計測する回転数センサの出力などからＥＣＵ（エンジン制御ユニット）が推定した排気ガス（外部ガス）の流速を、このＥＣＵから取得しても良い。また、回転数センサの出力信号などを微粒子検知システムが直接取得し、流速取得部自身で外部ガス流の流速Ｖｇを推定してこれを取得しても良い。
また、このシステムにおいて、外部に出力する微粒子の量Ｍ（例えば体積微粒子量Ｍ）の値として、体積微粒子量Ｍの値（例えば、１０ｍｇ／ｍ3）そのものを出力する場合のほか、例えば、体積微粒子量Ｍに比例した適当な値を出力するようにしても良い。
また、微粒子量取得部では、センサ電流値Ｓｓ及び外部ガス流の流速Ｖｇを用いて、被測定ガスに含まれた微粒子の量Ｍを取得する。例えば、取得したセンサ電流値Ｓｓ及び外部ガス流の流速Ｖｇから、これらを考慮した算出式あるいはテーブルを用いて、被測定ガスに含まれた微粒子の量Ｍ（例えば体積微粒子量Ｍ）を取得するようにしても良い。また例えば、取得したセンサ電流値Ｓｓを、外部ガス流の流速Ｖｇに応じて補正して補正済センサ電流値Ｓｓａを取得し、補正済センサ電流値Ｓｓａを用いて、被測定ガスに含まれた微粒子の量Ｍ（例えば体積微粒子量Ｍ）を取得しても良い。また、取得したセンサ電流値Ｓｓを用いて被測定ガスに含まれた補正前の微粒子の量を一旦取得した後、これを外部ガス流の流速Ｖｇに応じて補正して微粒子の量Ｍ（体積微粒子量Ｍ）を取得しても良い。
センサ部のうちイオン作用部においては、放電により被測定ガスを起源とするイオンを発生させる。放電の形態としては、被測定ガスを起源とするイオンが発生するように放電を生じさせれば良く、コロナ放電や無声放電などを採用することができる。
また、イオンを発生させる部位と、微粒子にイオンを付着させ帯電させる部位とは、重複していても良いし、イオン発生部位の下流に微粒子を帯電させる部位が位置するように構成しても良い。
また、発生したイオンのうち微粒子に付着しなかった非付着イオンの少なくとも一部を捕集する手法としては、特定電位に保たれた補助電極を設けて非付着イオンに斥力を与えて、非付着イオンの捕集を補助する手法や、微粒子に付着していない非付着イオンが捕集されやすくするべく、帯電微粒子が排出口から排出されるまでの経路を長く曲がりくねった経路とする手法が挙げられる。
またこの微粒子検知システムで出力する微粒子の量Ｍとしては、単位体積当たりに含まれている微粒子の重量を示す体積微粒子量Ｍ（ｍｇ／ｍ3）が挙げられるが、そのほか、単位体積当たりに含まれている微粒子の数を示す体積微粒指数Ｍ（number of particles／ｍ3）や、単位時間当たりに通過する微粒子の重量を示す累積微粒子量Ｍ（ｍｇ／ｓ）、単位時間当たりに通過する微粒子の数を示す累積微粒子数Ｍ（number of particles／ｓ）等を、微粒子の量Ｍとして出力するものも含まれる。
「オフセット電流値」とは、外部ガス及び被測定ガスに含まれた微粒子の量ＭがＭ＝０の場合（微粒子を含まない清浄ガスの場合）に得られるセンサ電流値をいう。
また、「ゲイン」とは、被測定ガスに含まれた微粒子の量Ｍとセンサ電流値Ｓｓからオフセット電流値Ｓｆを差し引いたものとの比Ｇ（（Ｓｓ−Ｓｆ）／Ｍ）をいう。
「オフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ）」は、オフセット電流値Ｓｆが外部ガス流の流速Ｖｇの関数であることを示す。
また、「ゲインＧ（Ｖｇ）」は、ゲインＧが外部ガス流の流速Ｖｇの関数であることを示す。
更に、上記の微粒子検知システムであって、前記微粒子量取得部は、前記センサ電流値Ｓｓから前記外部ガス流の前記流速Ｖｇに応じて流れるオフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ）を差し引いた値を、ゲインＧ（Ｖｇ）で除して、前記微粒子の量Ｍを得る微粒子検知システムとすると良い。
前述したように、取得されるセンサ電流値Ｓｓには、オフセット成分（オフセット電流値）Ｓｆ（Ｖｇ）と、ゲイン成分Ｇ（Ｖｇ）・Ｍが含まれる（下記（３）式参照）。従って、微粒子の量Ｍを（４）式により適切に得ることができる。
Ｓｓ＝Ｇ（Ｖｇ）・Ｍ＋Ｓｆ（Ｖｇ） …（３）
Ｍ＝（Ｓｓ−Ｓｆ（Ｖｇ））／Ｇ（Ｖｇ） …（４）
さらに上述の微粒子検知システムであって、前記ゲインＧ（Ｖｇ）を下記式（Ａ）で与え、
Ｇ（Ｖｇ）＝Ｇｒ・Ｇ（Ｖｇ）／Ｇ（Ｖｇｒ） …（Ａ）
Ｇｒは、基準の流速Ｖｇｒにおける基準ゲインである
微粒子検知システムとするとよい。
ゲインＧ（Ｖｇ）を、定数である基準ゲインＧｒ（＝Ｇ（Ｖｇｒ））と、流速Ｖｇによって変化し、基準ゲインＧｒの補正係数として機能するＧ（Ｖｇ）／Ｇ（Ｖｇｒ）とに分けたので、流速Ｖｇの変動による基準ゲインＧｒに対する影響を、従って、ゲインＧ（Ｖｇ）に対する影響を容易に評価することができる。
また、このシステムで取得し出力する微粒子の量Ｍとしては、例えば、体積微粒子量Ｍ（ｍｇ／ｍ3）そのものの値のほか、微粒子の量Ｍに比例した値を取得し出力することもできる。この場合、基準ゲインＧｒの値に、都合の良い値を採用しておけば、システムからの出力の出力先での微粒子量Ｍの処理を容易にできる。
あるいは、センサ部と、上記センサ部を駆動するセンサ駆動部と、を備え、上記センサ部の外部を流れる外部ガスの外部ガス流によって、上記外部ガスの一部である被測定ガスが上記センサ部の内部を通過する被測定ガス流を上記センサ部内に生じさせて、上記被測定ガスに含まれた微粒子の量Ｍを検知する微粒子検知システムであって、上記センサ部は、放電により上記被測定ガスを起源とするイオンを発生させ、上記被測定ガスに含まれる上記微粒子に上記イオンを付着させ帯電させた帯電微粒子を上記被測定ガスと共に上記センサ部外に排出する一方、上記イオンのうち上記微粒子に付着しなかった非付着イオンの少なくとも一部を捕集して上記非付着イオンの上記センサ部外への排出を抑制するイオン作用部を有し、上記センサ駆動部は、上記帯電微粒子のセンサ部外への排出によって流出した流出電荷量に対応するセンサ電流値Ｓｓを取得するセンサ電流値取得部と、外部から上記外部ガス流の流速Ｖｇを取得する流速取得部と、上記センサ電流値Ｓｓ及び上記外部ガス流の上記流速Ｖｇを用いて、上記流速Ｖｇの影響が低減された、上記微粒子の量Ｍを取得する微粒子量取得部と、を有し、前記センサ駆動部は、外部から前記外部ガスのガス温Ｔｇを取得するガス温取得部を有し、前記微粒子量取得部は、前記センサ電流値Ｓｓ、前記外部ガス流の上記流速Ｖｇに加えて、上記外部ガスの上記ガス温Ｔｇを用いて、上記流速Ｖｇ及び上記ガス温Ｔｇの影響が低減された、前記被測定ガスに含まれる前記微粒子の量Ｍを取得し、前記微粒子量取得部は、前記センサ電流値Ｓｓを用いて、前記微粒子の量Ｍを取得するにあたり、前記流速Ｖｇおよび上記ガス温Ｔｇに応じて変化するオフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）及びゲインＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）を用いて、上記微粒子の量Ｍを取得する微粒子検知システムとすると良い。
センサ電流値取得部で取得されるセンサ電流値Ｓｓは、外部ガス流の流速Ｖｇのほか、外部ガスのガス温Ｔｇの影響を受けることも判ってきた。外部ガスのガス温Ｔｇ、従ってセンサ部内を通過する被測定ガスのガス温が高い場合には、放電により発生するイオンの持つ運動エネルギー及び速度が大きくなる。
このため、外部ガス（被測定ガス）の微粒子の量Ｍが同じで、かつ、外部ガス流の流速Ｖｇが同じであっても、発生したイオンが微粒子と衝突する機会が増え、微粒子に付着するイオンの量が増える（微粒子の帯電率が上がる）ため、センサ電流値Ｓｓが大きくなる。つまり、入力（外部ガス（被測定ガス）の体積微粒子量）に対する出力（センサ電流値）の比（ゲイン）が増加する。
加えて、イオンの持つ運動エネルギー（速度）が大きくなるため、非付着イオンがイオン作用部に衝突して捕集される確率も高くなるため、イオン作用部で捕集されることなくセンサ部外に流出する非付着イオンの量は減少し、センサ電流値のオフセット電流分（オフセット成分）は逆に小さくなる。つまり、外部ガスのガス温Ｔｇが高くなると、センサ電流値Ｓｓに含まれるオフセット成分（オフセット電流値Ｓｆ）は減少する。
これに対し、上述の微粒子検知システムでは、微粒子量取得部において、センサ電流値Ｓｓ及び外部ガス流の流速Ｖｇに加えて、外部ガスのガス温Ｔｇを用いて、被測定ガスに含まれた微粒子の量Ｍを取得するので、流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇの影響を低減して、適切な微粒子の量Ｍを取得することができる。
加えて、この微粒子検知システムでは、オフセット電流値Ｓｆ及びゲインＧにおける流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇの影響を低減して、微粒子の量Ｍを取得するので、外部ガス流の流速Ｖｇの大小及び外部ガスのガス温Ｔｇの高低によらず、適切な微粒子の量（例えば体積微粒子量）Ｍを取得することができる。
なお、ガス温取得部は、外部から外部ガスのガス温Ｔｇを取得する。具体的には、例えば、排気管に接続して、排気ガス（外部ガス）のガス温Ｔｇを検知する排気温センサの出力信号を取得する。あるいは、エンジンの回転数、点火時期、空燃比などからＥＣＵが推定した外部ガス（排気ガス）のガス温Ｔｇを、ＥＣＵから取得しても良い。また、エンジンの回転数センサの出力信号などを微粒子検知システムが直接取得し、ガス温取得部自身で外部ガスのガス温Ｔｇを推定してこれを取得しても良い。
また、このシステムにおいても、外部に出力する微粒子の量Ｍ（例えば体積微粒子量Ｍ）の値として、体積微粒子量Ｍの値そのもの（例えば、１０ｍｇ／ｍ3など）を出力する場合のほか、例えば、体積微粒子量Ｍの値に比例した適当な値を出力するようにしても良い。この場合、基準ゲインＧｒの値に、都合の良い値を採用しておけば、システムからの出力の出力先での微粒子量Ｍの処理を容易にできる。
また、微粒子量取得部では、センサ電流値Ｓｓ、外部ガス流の流速Ｖｇ及び外部ガスのガス温Ｔｇを用いて、被測定ガスに含まれた微粒子の量Ｍを取得する。例えば、取得したセンサ電流値Ｓｓ、外部ガス流の流速Ｖｇ及び外部ガスのガス温Ｔｇから、これらを考慮した算出式あるいはテーブルを用いて、被測定ガスに含まれた微粒子の量Ｍ（例えば体積微粒子量Ｍ）を取得するようにしても良い。また例えば、取得したセンサ電流値Ｓｓを、外部ガス流の流速Ｖｇ及び外部ガスのガス温Ｔｇに応じて補正して補正済センサ電流値Ｓｓａを取得し、補正済センサ電流値Ｓｓａを用いて、被測定ガスに含まれた微粒子の量（例えば体積微粒子量Ｍ）を取得すると良い。また、取得したセンサ電流値Ｓｓを用いて被測定ガスに含まれた補正前の微粒子の量を取得した後、これを外部ガス流の流速Ｖｇ及び外部ガスのガス温Ｔｇに応じて補正して微粒子の量Ｍ（例えば、体積微粒子量Ｍ）を取得しても良い。
「オフセット電流値」とは、外部ガス及び被測定ガスに含まれた微粒子の量ＭがＭ＝０の場合（微粒子を含まない清浄ガスの場合）に得られるセンサ電流値をいう。
また、「ゲイン」とは、被測定ガスに含まれた微粒子の量Ｍとセンサ電流値Ｓｓからオフセット電流値Ｓｆを差し引いたものとの比Ｇ（（Ｓｓ−Ｓｆ）／Ｍ）をいう。
「オフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）」は、オフセット電流値Ｓｆが外部ガス流の流速Ｖｇ及び外部ガスのガス温Ｔｇの関数であることを示す。
また、「ゲインＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）」は、ゲインＧが外部ガス流の流速Ｖｇ及び外部ガスのガス温Ｔｇの関数であることを示す。
さらに上述の微粒子検知システムであって、前記微粒子量取得部は、前記センサ電流値Ｓｓから前記外部ガス流の前記流速Ｖｇ及び前記ガス温Ｔｇに応じて流れるオフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）を差し引いた値を、ゲインＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）で除して、前記微粒子の量Ｍを得る微粒子検知システムとすると良い。
前述したように、取得されるセンサ電流値Ｓｓには、（５）式に記載したように、オフセット成分（オフセット電流値）Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）と、ゲイン成分Ｇ（Ｖｇ、Ｔｇ）・Ｍが含まれる。従って、微粒子の量Ｍを（６）式により適切に得ることができる。
Ｓｓ＝Ｇ（Ｖｇ，Ｔｇ）・Ｍ＋Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ） …（５）
Ｍ＝（Ｓｓ−Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ））／Ｇ（Ｖｇ，Ｔｇ） …（６）
さらに上述の微粒子検知システムであって、前記オフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）を下記式（Ｂ）で与え、前記ゲインＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）を下記式（Ｃ）で与え、
Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）＝Ｓｆｖ（Ｖｇ）・Ｓｆｔ（Ｔｇ）／Ｓｆｔ（Ｔｇｒ）…（Ｂ）
Ｇ（Ｖｇ，Ｔｇ）＝Ｇｒ・Ｇｖ（Ｖｇ）／Ｇｖ（Ｖｇｒ）
・Ｇｔ（Ｔｇ）／Ｇｔ（Ｔｇｒ） …（Ｃ）
Ｓｆｖ（Ｖｇ）は、基準のガス温Ｔｇｒで、かつ、外部ガスに含まれた微粒子の量Ｍをゼロとした条件下で、外部ガス流の流速Ｖｇとオフセット電流値Ｓｆとのオフセット流速依存関係を示す関数であり、
Ｓｆｔ（Ｔｇ）は、基準の流速Ｖｇｒで、かつ、外部ガスに含まれた微粒子の量Ｍをゼロとした条件下で、外部ガスのガス温Ｔｇとオフセット電流値Ｓｆとのオフセットガス温依存関係を示す関数であり、
Ｇｒは、基準の流速Ｖｇｒ、かつ基準のガス温Ｔｇｒにおける基準ゲインであり、
Ｇｖ（Ｖｇ）は、基準のガス温Ｔｇｒ下で、かつ、外部ガスに含まれた微粒子の量Ｍを一定とした条件下で、外部ガス流の流速ＶｇとゲインＧとの間のゲイン流速依存関係を示す関数であり、
Ｇｔ（Ｔｇ）は、基準の流速Ｖｇｒで、かつ、外部ガスに含まれた微粒子の量Ｍを一定とした条件下で、外部ガスのガス温ＴｇとゲインＧとの間のゲインガス温依存関係を示す関数である微粒子検知システムとすると良い。
（Ｂ）式では、オフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）を、流速Ｖｇによって変化する流速オフセット電流値Ｓｆｖ（Ｖｇ）と、ガス温Ｔｇによって変化し、流速オフセット電流値Ｓｆｖ（Ｖｇ）の補正係数として機能するＳｆｔ（Ｔｇ）／Ｓｆｔ（Ｔｇｒ）とに分けたので、オフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）に対する流速Ｖｇの影響とガス温Ｔｇによる影響を容易に評価することができる。
また（Ｃ）式では、ゲインＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）を、定数である基準ゲインＧｒ（＝Ｇ（Ｖｇｒ，Ｔｇｒ））と、流速Ｖｇによって変化し、基準ゲインＧｒの補正係数として機能するＧｖ（Ｖｇ）／Ｇｖ（Ｖｇｒ）と、ガス温Ｔｇによって変化し、基準ゲインＧｒの補正係数として機能するＧｔ（Ｔｇ）／Ｇｔ（Ｔｇｒ）とに分けた。このため、流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇの変動による、基準ゲインＧｒに対する影響を、従ってゲインＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）に対する影響を容易に評価することができる。
また、このシステムで取得し出力する微粒子の量Ｍとしては、例えば、体積微粒子量Ｍ（ｍｇ／ｍ３）そのものの値のほか、微粒子の量Ｍに比例した値を取得し出力することもできる。この場合、基準ゲインＧｒの値に、都合の良い値を採用しておけば、システムからの出力の出力先での微粒子量Ｍの処理を容易にできる。
実施形態に係り、エンジンの排気管に微粒子検知システムを適用した車両の構成を説明する説明図である。 実施形態に係り、排気管にセンサ部を適用した微粒子検知システムの説明図である。 実施形態に係り、排気管に適用した微粒子検知システムのセンサ部の部分破断断面図である。 実施形態に係り、センサ部に用いるセラミック素子の斜視図である。 実施形態に係るセンサ部における微粒子の取り入れ、帯電、排出の様子を模式的に示す説明図である。 センサ駆動部の構成及びセンサ部との接続関係を示す説明図である。 センサ制御部において、センサ電流値から体積微粒子量を取得する手順を示すフローチャートである。 実施形態に係るセンサ部における、基準ガス温Ｔｇｒ下での、オフセット電流値の流速依存性を示すグラフである。 実施形態に係るセンサ部における、基準ガス温Ｔｇｒ下での、ゲインの流速依存性を示すグラフである。 実施形態に係るセンサ部における、基準流速Ｖｇｒ下での、オフセット電流値のガス温依存性を示すグラフである。 実施形態に係るセンサ部における、基準流速Ｖｇｒ下での、ゲインのガス温依存性を示すグラフである。
（実施形態）
本件技術の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、エンジンＥＮＧの排気管ＥＰに図１を適用した車両ＡＭの構成を示す。また、図２に、排気管ＥＰにセンサ部１００を装着した微粒子検知システム１０の構成を示す。さらに図３に、排気管ＥＰに装着したセンサ部１００の部分破断断面図を示す。図４に、センサ部１００に用いるセラミック素子１２０の斜視図を示す。図５に、センサ部１００における微粒子Ｓの取り入れ、帯電、排出の様子を模式的に示す。図６に、微粒子検知システム１０のうち、センサ駆動部３００の構成及びセンサ部１００及びケーブル２００との接続関係を示す。さらに図７に、センサ駆動部３００のセンサ制御部５００において行う、取得したセンサ電流値Ｓｓから微粒子の量Ｍを取得する手順を示す。
なお、センサ部１００の軸線ＡＸに沿う軸線方向ＧＨ（図３中、上下方向、図４中、左上−右下方向）のうち、排気管ＥＰに装着される側（図３中、下方、図４中、右下方向）を先端側ＧＳ、排気管ＥＰの外部に配置される側（図３中、上方、図４中、左上方向）を基端側ＧＫとする。
車両ＡＭは、車両制御部ＥＣＵにより制御されたエンジンＥＮＧを搭載しており、車両制御部ＥＣＵは、蓄電池からなる電源部ＢＴにより駆動されている。エンジンＥＮＧの排気管ＥＰの途中には、排気ガスＥＧ中の微粒子を除去するフィルタ装置ＤＰＦが設置されている。エンジンＥＮＧには、その回転数を検知する回転数センサなどの各種センサＳＲが装着されており、これらの出力を利用して、車両制御部ＥＣＵは、エンジンＥＮＧの制御を行っている。また排気管ＥＰのうちフィルタ装置ＤＰＦの下流側には、排気ガスＥＧの排気温（ガス温）Ｔｇを検知する排気温センサＴＳが設置され、その出力が車両制御部ＥＣＵに入力されている。
さらにこの車両ＡＭには、センサ部１００とセンサ駆動部３００とこれらの間を電気的に接続するケーブル２００とを備え、エンジンＥＮＧから排出される排気ガスＥＧに含まれる煤などの微粒子の量Ｍを測定する微粒子検知システム１０が搭載されている。この微粒子検知システム１０のうちセンサ部１００が、排気管ＥＰのうちフィルタ装置ＤＰＦの下流側（図１において、右側）に装着されている。センサ駆動部３００は、電源部ＢＴから供給される電力により作動し、センサ部１００を駆動し、センサ部１００から出力されるセンサ信号に基づいてセンサ電流値Ｓｓを取得し、排気ガスＥＧに含まれた微粒子の量（例えば、単位体積当たりの微粒子の重量：体積微粒子量）Ｍを車両制御部ＥＣＵに伝送する。このセンサ駆動部３００は、図２に示すように、センサ部１００を駆動する駆動回路部４００のほか、この駆動回路部４００を制御し、この駆動回路部４００で測定したセンサ電流値Ｓｓを取得して、排気ガスＥＧに含まれた微粒子の量Ｍを車両制御部ＥＣＵに出力するセンサ制御部５００を有する。このセンサ制御部５００は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータであり、所定の制御プログラムにより駆動される。
車両制御部ＥＣＵは、エンジンＥＮＧ等に取り付けられた各種のセンサＳＲや排気温センサＴＳから入力される各信号に応じて、エンジンＥＮＧの燃焼状態やエンジンＥＮＧへの燃料の供給量や供給タイミングなどを制御する。また、車両制御部ＥＣＵは、微粒子検知システム１０（センサ駆動部３００）から入力された微粒子量Ｍが所定の上限値を超えた場合には、フィルタ装置ＤＰＦの異常を車両ＡＭの運転者に警告するように構成されている。
図２、図３に示すように、微粒子検知システム１０のうちセンサ部１００は、円筒形状の先端部１００ｅを備えており、排気管ＥＰに開けた挿入口ＥＰＯを通じて、この先端部１００ｅが排気管ＥＰ内に挿入され、排気管ＥＰの延伸方向ＤＬに直交する形態で、ボスＢＯを介して排気管ＥＰに固定されている。先端部１００ｅは、矩形板状で、先端部１２０ｅが軸線ＡＸに沿って先端側ＧＳ（図５において下方）に突出したセラミック素子１２０（図４参照）と、セラミック素子１２０の先端部１２０ｅの周囲及び先端側ＧＳを包囲するプロテクタ１６０とからなる。プロテクタ１６０は、その内部に排気ガスＥＧの一部である被測定ガスＥＩを導入する導入口１６０ｉ及び被測定ガスＥＩを排出する排出口１６０ｅを有している。
図４、図５に示すセラミック素子１２０は、アルミナセラミックからなる絶縁層を複数積層してなる矩形板状で、後述するように駆動回路部４００で発生した放電電圧Ｖｄｃが印加される放電用配線１３０と、補助電圧Ｖｈが印加される補助電極用配線１４０とを内蔵している。
放電用配線１３０のうち、基端側ＧＫの端子パッド１３０ｐと、先端側ＧＳの針状の放電電極体１３１ｓとは、外部に露出している。放電用配線１３０の基端側ＧＫの端子パッド１３０ｐは，図示しないが、センサ部１００内でケーブル２００の放電電圧線２２１に接続している。一方、放電用配線１３０の放電電極体１３１ｓは、図５に示すように、プロテクタ１６０内で被測定ガスＥＩに曝される。この放電電極体１３１ｓ（図５参照）は、尖った先端部１３１ｓｓを有しており、放電電極体１３１ｓに放電電圧Ｖｄｃが印加されると、この先端部１３１ｓｓとプロテクタ１６０との間で、気中放電（コロナ放電）が生じる。
補助電極用配線１４０のうち、先端に位置する補助電極パッド１４１は、放電用配線１３０の放電電極体１３１ｓよりも先端側ＧＳに、かつ、セラミック素子１２０の先端部１２０ｅ内に埋設された形態で設けられており、後述するように、浮遊イオンＣＰＦがプロテクタ１６０に捕捉されるのを促進するべく、プロテクタ１６０と補助電極パッド１４１との間に、電界を生じさせる。一方、基端側ＧＫの端子パッド１４０ｐは、図４に破線で示すように、セラミック素子１２０のうち、上述の端子パッド１３０ｐとは逆側の面（図４において裏面）において外部に露出している。この端子パッド１４０ｐも、図示しないが、センサ部１００内でケーブル２００の補助電圧線２２２に接続している。
プロテクタ１６０は、図３、図５に示すように、二重円筒状のステンレス製で、内側プロテクタ１６１とこの外周を囲む外側プロテクタ１６５とからなる。プロテクタ１６０（外側プロテクタ１６５）のうち先端側ＧＳの周囲部分には、排気ガスＥＧの一部を、被測定ガスＥＩとしてプロテクタ１６０内に導入する導入口１６５ｉ（１６０ｉ）が複数穿孔されている。一方、プロテクタ１６０（内側プロテクタ１６１）の先端部分には、導入した被測定ガスＥＩを外部（排気管ＥＰ内）に排出するための排出口１６１ｅ（１６０ｅ）が設けられている。また、内側プロテクタ１６１のうち、導入口１６５ｉよりも基端側ＧＫ（図５において上方）には、外側プロテクタ１６５内と内側プロテクタ１６１内とを連通する連通孔１６１ｃが穿孔されている。なお、図６に示すように、プロテクタ１６０は、帰還電流線２２３及び電流検出抵抗２３０を介して、後述する二次側グランドＳＧＤに導通している。
エンジンＥＮＧが駆動され排気管ＥＰ内を排気ガスＥＧが流れる（排気ガスＥＧの流れを「排気ガス流ＥＧＦ」と呼ぶこととする）と、プロテクタ１６０の存在によりいわゆるベンチュリ効果が生じ、このプロテクタ１６０の排出口１６０ｅ付近における気圧が低下し、排出口１６０ｅを通じてプロテクタ１６０(内側プロテクタ１６１)内の気体（排気ガスＥＧの一部である被測定ガスＥＩ）が吸い出される。これに伴い、プロテクタ１６０内には、図５において破線の矢印で示すように、導入口１６５ｉ（１６０ｉ）からプロテクタ１６０内に入り、連通孔１６１ｃを経由し、排出口１６１ｅ（１６０ｅ）から排出される被測定ガスＥＩの流れである被測定ガス流ＥＩＦが生じる。
この状態で、駆動回路部４００により、センサ部１００の先端部１００ｅの放電電極体１３１ｓに直流高電圧（例えば、二次側グランドＳＧＤに対して＋１〜２ｋＶ）の放電電圧Ｖｄｃを印加すると、この先端部１３１ｓｓとプロテクタ１６０（内側プロテクタ１６１）との間で、気中放電、具体的にはコロナ放電を生じ、放電電圧線２２１には入力電流Ｉｉｎが流れる。また内側プロテクタ１６１には放電電流Ｉｄｃが流れ込む。これと共に、先端部１３１ｓｓの周囲空間では、排気ガスＥＧに含まれている、窒素分子Ｎ2、二酸化炭素分子ＣＯ2、酸素分子Ｏ2などが電離し、これらを起源とした、図５、図６において黒点で示す陽イオンＣＰが生成される。
前述したように、外側プロテクタ１６５及び内側プロテクタ１６１内には、図５において破線の矢印で示す、導入口１６０ｉから排出口１６０ｅに向かう被測定ガス流ＥＩＦが生じている。セラミック素子１２０の先端部１２０ｅ付近においては、基端側ＧＫから先端側ＧＳに向かう被測定ガス流ＥＩＦが生じている。このため、生成された陽イオンＣＰは、被測定ガスＥＩと混合され、図５、図６に示すように、被測定ガスＥＩ中の白丸で示す微粒子Ｓに付着する。これにより、微粒子Ｓは、正に帯電した帯電微粒子ＳＣとなり、被測定ガス流ＥＩＦに乗って、排出口１６０ｅ（１６１ｅ）に向けて流れ、プロテクタ１６０の外部、即ち、センサ部１００外（但し、排気管ＥＰ内）に排出される。これにより、帯電微粒子ＳＣの排出に伴って外部に流出した流出電荷量ＱＨ分だけ、外部（一次側グランドＰＧＤ）に向けて漏洩電流Ｉｅｓｃが流れ出たことになる。この漏洩電流Ｉｅｓｃ（単位時間当たりの流出電荷量ＱＨ）の大きさは、被測定ガスＥＩ中に、従って、排気ガスＥＧ中に含まれた微粒子Ｓの量、即ち、体積微粒子量Ｍに対応した大きさとなる。
一方、補助電極パッド１４１には、駆動回路部４００により、補助電圧線２２２を通じて、所定の補助電圧Ｖｈ（例えば、二次側グランドＳＧＤに対して＋１００〜２００Ｖ）が印加される。これにより、補助電極パッド１４１と内側プロテクタ１６１との間には直流電界が生じる。放電電極体１３１ｓ付近で生成した陽イオンＣＰのうち、微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦ（陽イオン）は、補助電極パッド１４１が形成する直流電界から径方向外側の内側プロテクタ１６１に向かう斥力を与えられる。これにより、浮遊イオンＣＰＦは、捕集極である内側プロテクタ１６１の各部に付着し捕集される。かくして、浮遊イオンＣＰＦを効率よく捕集することができ、浮遊イオンＣＰＦが排出口１６０ｅから排出されるのを防止する。内側プロテクタ１６１で捕集された陽イオンＣＰの電荷は、捕集電流Ｉｔｒｐとして、内側プロテクタ１６１から、帰還電流線２２３を通じて、二次側グランドＳＧＤに向けて流れる。帰還電流線２２３を流れる帰還電流Ｉｒは、放電電流Ｉｄｃと捕集電流Ｉｔｒｐとの和となる（Ｉｒ＝Ｉｄｃ＋Ｉｔｒｐ）。
そして以上の説明から判るように、入力電流Ｉｉｎに対し、帰還電流Ｉｒは、漏洩電流Ｉｅｓｃ分だけ減少した大きさとなる。従って、漏洩電流Ｉｅｓｃの大きさを検知することで、排気ガスＥＧ（被測定ガスＥＩ）中に含まれた微粒子Ｓの量（体積微粒子量Ｍ）を検知することができる。
図２、図３、図６に示すように、センサ部１００の基端部１００ｒからは、ケーブル２００が延出している。このケーブル２００は、放電電圧線２２１と、補助電圧線２２２と、帰還電流線２２３とを束ねてなる。これら放電電圧線２２１、補助電圧線２２２、および帰還電流線２２３は、それぞれセンサ駆動部３００（駆動回路部４００）に接続されている。
センサ駆動部３００は、駆動回路部４００と、センサ制御部５００とからなる。
このうちセンサ制御部５００は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを含むマイクロコンピュータを有し、駆動回路部４００を制御すると共に、駆動回路部４００から得たセンサ電流値Ｓｓに基づいて算出した、排気ガスＥＧに含まれた微粒子の量Ｍ（例えば体積微粒子量Ｍ）を車両制御部ＥＣＵに向けて出力する（図２参照）。
駆動回路部４００（図６参照）は、センサ部１００を駆動する各電圧を生成する一次側電源回路７１０、絶縁トランス７２０、第１の整流回路７５１、及び第２の整流回路７５２のほか、センサ部１００の信号を取得する放電電流測定回路７３０及びセンサ電流測定回路７４０を備えている。これらの回路は、図６に破線で示すように、一次側グランドＰＧＤを基準電位とする一次側の回路と、二次側グランドＳＧＤを基準電位とする二次側の回路とに分けられる。一次側グランドＰＧＤと二次側グランドＳＧＤとは、絶縁されている。
一次側電源回路７１０は、電源部ＢＴから供給される直流電圧を昇圧し絶縁トランス７２０に印加して、この絶縁トランス７２０を駆動する。一次側電源回路７１０は、放電電圧制御回路７１１と、トランス駆動回路７１２とを備えている。放電電圧制御回路７１１は、ＤＣ−ＤＣコンバータを含んでおり、センサ制御部５００の制御によって、絶縁トランス７２０への供給電圧を変更可能となっている。センサ制御部５００では、例えば、放電電圧線２２１を介してセンサ部１００の放電電極体１３１ｓに供給される入力電流Ｉｉｎの電流値が、目標入力電流値（例えば、５μＡ）となるように制御する。この制御の方法については後述する。これにより、センサ部１００において、放電電極体１３１の先端部１３１ｓｓとプロテクタ１６０との間のコロナ放電によって発生する陽イオンＣＰの発生量を一定にすることができる。
一方、トランス駆動回路７１２は、一次側電源回路７１０から絶縁トランス７２０の一次側のコイルに流れる電流の方向を正逆切り換え可能なスイッチ回路を含んでおり、このスイッチ回路の切り換えによって絶縁トランス７２０を駆動する。本実施形態では、トランス駆動回路７１２は、例えばプッシュプル方式の回路として構成されているが、ハーフブリッジ方式やフルブリッジ方式などの他の方式の回路として構成されていてもよい。
絶縁トランス７２０は、一次側のコイルと二次側のコイルとが、磁気的には互いに結合しているが、電気的には絶縁されて構成されている。この絶縁トランス７２０は、一次側電源回路７１０及びトランス駆動回路７１２により、一次側から供給される電力の電圧変換をおこない、変換後の交流電力を二次側の２つの整流回路７５１、７５２にそれぞれ供給する。絶縁トランス７２０では、一次側と二次側のコイルの巻き数比によって、第１の整流回路７５１に供給する電圧、及び第２の整流回路７５２に供給する電圧を設定してある。絶縁トランス７２０のうち、一次側のコイルの端部は一次側グランドＰＧＤに接続され、二次側のコイルの端部は二次側グランドＳＧＤに接続されている。なお、一次側グランドＰＧＤは、車両ＡＭのボディに導通して、いわゆるシャシグランドと同電位にされている。即ち、排気管ＥＰ、ボスＢＯ、及びこのボスＢＯに結合しているセンサ部１００のケーシング１００Ｃはいずれも、一次側グランドＰＧＤの電位とされている。一方、センサ部１００のプロテクタ１６０は、帰還電流線２２３及び電流検出抵抗２３０を介して二次側グランドＳＧＤに接続している。
２つの整流回路７５１、７５２は、それぞれ絶縁トランス７２０から出力された交流電力を直流電力に変換する。第１の整流回路７５１は、ショート保護用抵抗７５３及び放電電圧線２２１を介して、センサ部１００の放電用配線１３０に放電電圧Ｖｄｃを印加し、入力電流Ｉｉｎを流している。第２の整流回路７５２は、ショート保護用抵抗７５４及び補助電圧線２２２を介して、センサ部１００の補助電極用配線１４０に、補助電圧Ｖｈを印加している。
一方、放電電流測定回路７３０は、絶縁トランス７２０の一次側と二次側との間に跨がる回路であり、入力配線７６１，７６２を介して電流検出抵抗２３０の両端に接続するほか、出力配線７６３を通じてセンサ制御部５００に接続している。この放電電流測定回路７３０は、帰還電流線２２３を通じて二次側グランドＳＧＤに向けて流れる帰還電流Ｉｒ（＝Ｉｄｃ＋Ｉｔｒｐ）の帰還電流値Ｓｒをセンサ制御部５００に出力する。ここで「帰還電流値Ｓｒ」としては、帰還電流Ｉｒの値を単にＡＤ変換したデジタル信号に限定されず、帰還電流Ｉｒの値を間接的に示す信号を用いることもできる。例えば、「帰還電流値Ｓｒ」が示す数値や情報に所定の演算式を適用して算出したりルックアップテーブルを用いて換算したりすることによって、帰還電流Ｉｒの値を特定できる場合には、この信号も「帰還電流値Ｓｒ」として用いうる。
なお、漏洩電流Ｉｅｓｃは、排気ガスＥＧ中の微粒子量にもよるが、入力電流Ｉｉｎに比して、およそ１／１０6程度であるので、帰還電流Ｉｒは入力電流Ｉｉｎにほぼ等しい（Ｉｒ≒Ｉｉｎ）。
そこで、本実施形態においては、漏洩電流Ｉｅｓｃを無視し、帰還電流Ｉｒが入力電流Ｉｉｎに等しい（Ｉｒ＝Ｉｉｎ）として、放電電流測定回路７３０で取得した帰還電流Ｉｒ（＝Ｉｉｎ）を示す帰還電流値Ｓｒが目標の入力電流値（例えば、５μＡ）となるように、センサ制御部５００において、放電電圧制御回路７１１の制御を通じて入力電流Ｉｉｎの大きさを制御している。
センサ電流測定回路７４０も、絶縁トランス７２０の一次側と二次側との間に跨がる回路である。このセンサ電流測定回路７４０は、プロテクタ１６０に捕捉されずに外部に流出した排出イオンＣＰＨによる漏洩電流Ｉｅｓｃに相当するセンサ電流Ｉｓを測定する。センサ電流測定回路７４０は、接続配線７７１を介して二次側グランドＳＧＤに接続される一方、接続配線７７５を通じて、一次側グランドＰＧＤに接続している。また、出力配線７７３を介してセンサ制御部５００に向けてセンサ電流値Ｓｓを出力する。
前述したように、センサ部１００の先端部１００ｅを流れる電流相互には、下記式（ａ）の関係が成り立つ。
Ｉｉｎ＝Ｉｄｃ＋Ｉｔｒｐ＋Ｉｅｓｃ ＝Ｉｒ＋Ｉｅｓｃ …（ａ）
ここで、Ｉｉｎは放電電極体１３１ｓへの入力電流であり、Ｉｄｃは放電電極体１３１ｓからプロテクタ１６０（内側プロテクタ１６１）に流れる放電電流である。また、Ｉｔｒｐはプロテクタ１６０（内側プロテクタ１６１）に付着、捕集された浮遊イオンＣＰＦの持っていた電荷に対応して、プロテクタ１６０（内側プロテクタ１６１）に流れる捕集電流である。Ｉｅｓｃはプロテクタ１６０に捕捉されず、微粒子Ｓに付着して帯電微粒子ＳＣとして外部に流出した排出イオンＣＰＨの流出電荷量ＱＨに相当する漏洩電流である。Ｉｒは帰還電流線２２３及び電流検出抵抗２３０を介して二次側グランドＳＧＤに向けて流れる帰還電流であり、Ｉｒ＝Ｉｄｃ＋Ｉｔｒｐである。
二次側グランドＳＧＤから見ると、帰還電流Ｉｒとして戻る電流値が、入力電流Ｉｉｎとして出力した電流値より小さく、漏洩電流Ｉｅｓｃの分だけ不足していることになる。従って、漏洩電流Ｉｅｓｃが発生すると、二次側グランドＳＧＤの基準電位は、漏洩電流Ｉｅｓｃの大きさに応じて、一次側グランドＰＧＤの基準電位よりも低下する。そこで、一次側グランドＰＧＤと二次側グランドＳＧＤとを接続すると、帯電微粒子ＳＣとして、プロテクタ１６０外に排出された流出電荷量ＱＨに対応する漏洩電流Ｉｅｓｃの分だけ、一次側グランドＰＧＤから二次側グランドＳＧＤに向けて、漏洩電流Ｉｅｓｃを補償するセンサ電流Ｉｓが流れる。そこで本実施形態のセンサ電流測定回路７４０では、一次側グランドＰＧＤと二次側グランドＳＧＤとの間を流れるセンサ電流Ｉｓを検知する。具体的には、センサ電流ＩｓをＩ−Ｖ変換し、変換されたセンサ電流Ｉｓに対応する電圧値を、センサ電流Ｉｓの大きさを示すセンサ電流値Ｓｓに変換して、センサ制御部５００に向けて出力する。センサ制御部５００では、センサ電流測定回路７４０から入力されたセンサ電流値Ｓｓを示す信号を用いて、前述したように、排気ガスＥＧ中に含まれた微粒子Ｓの量（例えば、体積微粒子量Ｍ）を、車両制御部ＥＣＵに向けて出力する。ここで「センサ電流値Ｓｓ」としては、センサ電流Ｉｓの値を単にＡＤ変換したデジタル信号に限定されず、センサ電流Ｉｓの値を間接的に示す信号を用いることもできる。例えば、「センサ電流値Ｓｓ」が示す数値や情報に所定の演算式を適用して算出したりルックアップテーブルを用いて換算したりすることによって、センサ電流Ｉｓの値を特定できる場合には、この信号も「センサ電流値Ｓｓ」として用いうる。
かくして、本実施形態の微粒子検知システム１０（センサ部１００、ケーブル２００、及びセンサ駆動部３００）によれば、検知した排気ガスＥＧ中に含まれた微粒子Ｓの量Ｍ（例えば、体積微粒子量Ｍ）を、車両制御部ＥＣＵに通知できる。このため、車両制御部ＥＣＵにおいて、車両ＡＭの制御やフィルタ装置ＤＰＦの故障検知などに利用することができる。
本実施形態のシステム１０では、体積微粒子量Ｍ（ｍｇ／ｍ3）の排気ガスＥＧが流れている場合に、センサ電流値Ｓｓ（ｐＡ）が得られる。従って、体積微粒子量Ｍとセンサ電流値Ｓｓ（ｐＡ）とは、下記式（１）の関係で示される。
Ｓｓ＝Ｇ・Ｍ＋Ｓｆ …（１）
なお、Ｓｆはオフセット電流値、Ｇはゲインである。オフセット電流値Ｓｆは、体積微粒子量Ｍ＝０の場合にも観測されるセンサ電流値である。センサ部１００において、微粒子Ｓに付着しなかった浮遊イオンＣＰＦを完全には捕集できず、センサ部１００外に流出する浮遊イオンＣＰＦが存在するからである。またゲインＧは、(オフセットＳｆを無視した場合の)体積微粒子量Ｍとセンサ電流値Ｓｓの比(センサ部の感度)である。
従って、得られたセンサ電流値Ｓｓから、下記式（２）によって、体積微粒子量Ｍを算出することができる。
Ｍ＝（Ｓｓ−Ｓｆ）／Ｇ …（２）
ところで、本実施形態の微粒子検知システム１０では、排気ガスＥＧの流れである排気ガス流ＥＧＦによってプロテクタ１６０内に生じた被測定ガス流ＥＩＦを用いて、被測定ガスＥＩ中に含まれた微粒子Ｓの量を検知している。被測定ガス流ＥＩＦの流速は、排気ガス流ＥＧＦの流速Ｖｇによって変化する。例えば、排気ガス流ＥＧＦの流速Ｖｇが大きい場合には、プロテクタ１６０内に生じる被測定ガス流ＥＩＦの流速も大きくなる。すると、単位体積の排気ガスＥＧ中に含まれた微粒子の量Ｍ（体積微粒子量Ｍ：単位ｍｇ／ｍ3）が同じであっても、排気ガス流ＥＧＦの流速Ｖｇが大きくなると、得られるセンサ電流Ｉｓの値（センサ電流値Ｓｓ）が大きくなることが判ってきた。
排気ガス流ＥＧＦの流速Ｖｇが速くなって被測定ガス流ＥＩＦの流速も速くなると、センサ部１００内に取り込まれる単位時間あたりの被測定ガスＥＩの量が多くなる。
すると、排気ガスＥＧ及び被測定ガスＥＩに含まれる体積微粒子量Ｍが変化せず一定であっても、単位時間当たりにセンサ部１００内を通過する微粒子Ｓの量が多くなる。このため、微粒子Ｓに付着してセンサ部１００外に流出する排出イオンＣＰＨの量も増加し、センサ電流測定回路７４０で取得されるセンサ電流Ｉｓのセンサ電流値Ｓｓも大きくなる（図９参照）。つまり、排気ガスＥＧ（被測定ガスＥＩ）の体積微粒子量Ｍが変化しなくとも、上述のシステム１０では、排気ガス流ＥＧＦの流速Ｖｇが大きくなると、これに影響されて、センサ電流値Ｓｓが増加して、あたかも排気ガスＥＧにおける体積微粒子量Ｍが増えたように見える不都合が生じる。
また、排気ガスＥＧ（被測定ガスＥＩ）に微粒子Ｓが含まれていない（Ｍ＝０）場合、即ち、排気ガスＥＧが清浄であっても、センサ部１００で得られるセンサ電流Ｉｓのセンサ電流値Ｓｓはゼロにならず、オフセット電流が流れる（オフセット電流値Ｓｆ）。センサ部１００の先端部１００ｅにおいて、プロテクタ１６０で捕集されず、排出口１６０ｅからセンサ部１００外に流出する浮遊イオンＣＰＦが存在するからである。
この場合にも、排気ガス流ＥＧＦの流速Ｖｇが大きくなると、オフセット電流値Ｓｆ及びセンサ電流値Ｓｓが大きくなる（図８参照）。排気ガス流ＥＧＦの流速Ｖｇが大きくなり、センサ部１００内を通過する被測定ガス流ＥＩＦの流速も速くなると、プロテクタ１６０に捕集されることなくセンサ部１００外に流出する浮遊イオンＣＰＦの量も増加し、漏洩電流Ｉｅｓｃが増加するからである。
つまり、排気ガスＥＧ及び被測定ガスＥＩにおける体積微粒子量Ｍが一定であっても、排気ガス流ＥＧＦの流速Ｖｇが大きくなると、ゲインＧの変化及びオフセット電流値Ｓｆの増加により、センサ電流測定回路７４０で取得されるセンサ電流値Ｓｓが大きくなる。オフセット電流値Ｓｆ及びゲインＧは、それぞれ流速Ｖｇの関数のＳｆ（Ｖｇ）及びＧ（Ｖｇ）であると考えられ、前述の（１）、（２）式は、以下の（３）、（４）式となる。
Ｓｓ＝Ｇ（Ｖｇ）・Ｍ＋Ｓｆ（Ｖｇ） …（３）
Ｍ＝（Ｓｓ−Ｓｆ（Ｖｇ））／Ｇ（Ｖｇ） …（４）
さらに、センサ電流測定回路７４０で取得されるセンサ電流値Ｓｓは、排気ガス流ＥＧＦの流速Ｖｇのほか、排気ガスＥＧのガス温Ｔｇの影響を受けることも判ってきた。即ち、排気ガスＥＧのガス温Ｔｇ、従ってセンサ部１００内を通過する被測定ガスＥＩのガス温が高い場合には、発生した陽イオンＣＰの持つ運動エネルギー及び速度が大きくなる。
このため、排気ガスＥＧ（被測定ガスＥＩ）の体積微粒子量Ｍが同じで、流速Ｖｇも同じであっても、発生した陽イオンＣＰが微粒子Ｓと衝突する機会が増え、微粒子Ｓに付着する陽イオンＣＰの量が増える、即ち、微粒子Ｓの帯電率が上がるため、センサ電流値Ｓｓが大きくなる。つまり、入力（排気ガスＥＧ、被測定ガスＥＩの体積微粒子量Ｍ）に対する出力（センサ電流値Ｓｓ）の比Ｇ（ゲイン）が増加する（図１１参照）。
一方、陽イオンＣＰの持つ運動エネルギー（速度）が大きくなるため、浮遊イオンＣＦがプロテクタ１６０に衝突して捕集される確率も高くなるため、プロテクタ１６０で捕集されることなくセンサ部１００外に流出する浮遊イオンＣＰＦの量は減少し、センサ電流値Ｓｓのオフセット電流分（オフセット成分）は逆に小さくなる。つまり、排気ガスＥＧのガス温Ｔｇが高くなると、センサ電流値Ｓｓに含まれるオフセット成分は減少する（図１０参照）。即ち、オフセット電流値Ｓｆ及びゲインＧは、それぞれ流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇの関数のＳｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）及びＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）であると考えられ、前述の（１）（２）式は、以下の（５）（６）式となる。
Ｓｓ＝Ｇ（Ｖｇ，Ｔｇ）・Ｍ＋Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ） …（５）
Ｍ＝（Ｓｓ−Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ））／Ｇ（Ｖｇ，Ｔｇ） …（６）
これに対し、本実施形態の微粒子検知システム１０では、下記のようにして、センサ制御部５００のうち微粒子量取得部５５０において、センサ電流値Ｓｓ、排気ガス流ＥＧＦの流速Ｖｇ及び排気ガスＥＧのガス温Ｔｇを用いて、流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇの影響を低減した体積微粒子量Ｍを取得する（図７参照）。
本実施形態のシステム１０では、センサ制御部５００のうちセンサ電流値取得部５３０において、センサ電流測定回路７４０からセンサ電流値Ｓｓを取得する（ステップＳ１）。
流速取得部５１０では、排気管ＥＰを流れる排気ガスＥＧの流速Ｖｇを、車両制御部ＥＣＵから通信により取得する（ステップＳ２）。本実施形態の車両制御部ＥＣＵでは、エンジンＥＮＧの回転数を計測する回転数センサ(図示しない)の出力など、各種センサＳＲからの出力を得て、排気ガスＥＧの流速Ｖｇの推定値を算出しており、流速取得部５１０はこれを車両制御部ＥＣＵから取得する。
なお、本実施形態では設けられていないが、排気ガスＥＧの流速Ｖｇを検知する流速センサが排気管ＥＰに接続されている場合には、この流速センサからの出力である流速Ｖｇを、車両制御部ＥＣＵを経由して、あるいは直接に流速取得部５１０で取得してもよい。また、各種センサＳＲからの出力を流速取得部５１０で取得して、排気ガスＥＧの流速Ｖｇの推定値を算出して、流速Ｖｇを取得しても良い。
またガス温取得部５２０では、車両制御部ＥＣＵから排気ガスＥＧのガス温Ｔｇを取得する（ステップＳ３）。本実施形態では、前述したように、排気管ＥＰに接続して、排気ガスＥＧのガス温Ｔｇを検知する排気温センサＴＳを有しており、排気温センサＴＳはその出力信号を車両制御部ＥＣＵに送信している。そこで、ガス温取得部５２０は、車両制御部ＥＣＵから、排気温センサＴＳが検知したガス温Ｔｇの転送を受ける。
なお、排気温センサＴＳの出力信号を、車両制御部ＥＣＵ経由でなく、ガス温取得部５２０が直接受信して、ガス温Ｔｇを取得するようにしても良い。また、排気温センサＴＳが設けられていない場合には、各種センサＳＲから取得したエンジンＥＮＧの回転数、点火時期、空燃比などを用いて車両制御部ＥＣＵが推定した排気ガスＥＧのガス温Ｔｇを、車両制御部ＥＣＵから取得しても良い。また、エンジンＥＮＧの回転数センサの出力信号など各種センサの出力をガス温取得部５２０で取得し、排気ガスＥＧのガス温Ｔｇの推定値を算出して、ガス温Ｔｇを取得しても良い。
次いで、微粒子量取得部５５０で、オフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）及びゲインＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）を用いて、排気ガスＥＧの体積微粒子量Ｍを算出する（ステップＳ４）。前述したように、オフセット電流値Ｓｆ及びゲインＧは、それぞれ流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇの関数、Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）及びＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）である。
ここで、オフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）を、下記式（７）に示すように、流速Ｖｇの関数である流速オフセット電流値Ｓｆｖ（ｖｇ）と、この流速オフセット電流値Ｓｆｖ（Ｖｇ）に乗算して、オフセット電流値に対するガス温Ｔｇの影響を示すガス温オフセット係数ｓｆｔ（Ｔｇ）とに分解して考える。
Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）＝Ｓｆｖ（Ｖｇ）・ｓｆｔ（Ｔｇ） …（７）
このうち、流速オフセット電流値Ｓｆｖ（Ｖｇ）は、図８において実線で示す、基準ガス温Ｔｇｒ（本実施形態ではＴｇｒ＝１６０℃）下での、オフセット電流値の流速依存性を示すグラフで与えられる。なお、参考のため、図８には、破線及び一点鎖線で示すように、ガス温Ｔｇを、Ｔｇ＝１００，２００，３００℃とした場合についても記載してある。この図８のグラフから判るように、排気ガス流ＥＧＦの流速Ｖｇが大きくなり、被測定ガス流の流速も大きくなるほど、流速オフセット電流値Ｓｆｖも大きくなる。センサ部１００外に流出する浮遊イオンＣＰＦの量も増加する。さらに、流速Ｖｇが大きくなる程、流速Ｖｇの増加に対し、流速オフセット電流値Ｓｆｖが加速的に増加するオフセット流速依存関係となっている。流速Ｖｇの増加と共に、センサ部１００外に流出する浮遊イオンの量も加速的に増加するためであると考えられる。
なお現実的には、流速オフセット電流値Ｓｆｖ（Ｖｇ）の式は、図８に実線で示すグラフの基礎となった流速Ｖｇとオフセット電流値Ｓｆとの各測定結果から得た回帰線の関数で示される。基準ガス温Ｔｇｒ（Ｔｇｒ＝１６０℃）下での、この流速オフセット電流値Ｓｆｖ（Ｖｇ）の関数は、例えば、下記式（８）を例示できる。
Ｓｆｖ（Ｖｇ）＝０．０３４Ｖｇ2−０．１６３Ｖｇ …（８）
一方、ガス温オフセット係数ｓｆｔ（Ｔｇ）は、図１０に示す、基準流速Ｖｇｒ（本実施形態ではＶｇｒ＝１０ｍ／ｓ）下での、オフセット電流値のガス温依存性を示すグラフで与えられるガス温オフセット電流値Ｓｆｔ（Ｔｇ）と、基準ガス温Ｔｇｒにおけるガス温オフセット電流値Ｓｆｔ（Ｔｇｒ）とを用いて、下記式（９）で示すことができる。
ｓｆｔ（Ｔｇ）＝Ｓｆｔ（Ｔｇ）／Ｓｆｔ（Ｔｇｒ） …（９）
従って、式（７）のオフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）は、下記式（１０）のように表せる。
Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）＝Ｓｆｖ（Ｖｇ）・Ｓｆｔ（Ｔｇ）／Ｓｆｔ（Ｔｇｒ）…（１０）
図１０のグラフで与えられるガス温オフセット電流値Ｓｆｔ（Ｔｇ）は、図１０のグラフから判るように、排気ガスＥＧのガス温Ｔｇが高くなるほど、低くなっている。陽イオンＣＰの運動エネルギー及び速度が大きくなり、微粒子Ｓに衝突する確率が高くなり、浮遊イオンＣＰＦが減少すると共に、捕集極にも衝突しやすくなり、センサ部１００外に流出する浮遊イオンＣＰＦの量が減少するためである。
なお、現実的には、ガス温オフセット電流値Ｓｆｔ（Ｔｇ）は、図１０のグラフの基礎となったガス温Ｔｇとオフセット電流値の各測定結果から得た回帰線の関数で示される。基準流速Ｖｇｒ下での、このガス温オフセット電流値Ｓｆｔ（Ｔｇ）の関数は、例えば、下記式（１１）を例示できる。
Ｓｆｔ（Ｔｇ）＝−０．２５Ｔｇ＋１００ …（１１）
次いで、ゲインＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）を、下記式（１２）に示すように、基準流速Ｖｇｒ及び基準ガス温Ｔｇｒにおける基準ゲインＧｒ（定数）と、基準ガス温Ｔｇｒ下でのゲインにおける流速Ｖｇの影響を示す流速ゲイン係数ｇｖ（Ｖｇ）と、基準流速Ｖｇｒ下でのゲインにおけるガス温Ｔｇの影響を示すガス温ゲイン係数ｇｔ（Ｔｇ）との積に分解して考える。
Ｇ（Ｖｇ，Ｔｇ）＝Ｇｒ・ｇｖ（Ｖｇ）・ｇｔ（Ｔｇ） …（１２）
このうち、基準ゲインＧｒは、基準流速Ｖｇｒ及び基準ガス温Ｔｇｒの場合のゲインである（Ｇｒ＝Ｇ（Ｔｇｒ，Ｔｇｒ））。
また、流速ゲイン係数ｇｖ（Ｖｇ）は、図９において実線で示す、基準ガス温Ｔｇｒ（本実施形態ではＴｇｒ＝１６０℃）下での、ゲインの流速依存性を示すグラフで与えられる流速ゲインＧｖ（Ｖｇ）と、基準流速Ｖｇｒにおける流速ゲインＧｖ（Ｖｇｒ）とを用いて、下記式（１３）で示すことができる。流速ゲインＧｖ（Ｖｇｒ）は定数である。
ｇｖ（Ｖｇ）＝Ｇｖ（Ｖｇ）／Ｇｖ（Ｖｇｒ） …（１３）
なお参考のため、図９には、破線及び一点鎖線で示すように、ガス温Ｔｇを、Ｔｇ＝１００℃，２００℃，３００℃とした場合についても記載してある。
この流速ゲインＧｖ（Ｖｇ）は、図９のグラフから判るように、排気ガス流ＥＧＦの流速Ｖｇが大きくなり、被測定ガス流ＥＩＦの流速も大きくなるほど、多くの微粒子Ｓが取り込まれるため、陽イオンＣＰが付着した帯電微粒子ＳＣが増加しゲインＧも大きくなる。しかし、流速Ｖｇが大きくなるほど流速ゲインＧｖの増加が緩やかとなる関係を有している。流速Ｖｇが増加すると、帯電微粒子ＳＣとして外部に漏洩する流出電荷量ＱＨの量も増加するが、十分に陽イオンＣＰが付着しないで流出する微粒子Ｓ，ＳＣが増えるため、流出電荷量ＱＨの量の伸びが頭打ちになるためと考えられる。
なお、現実的には、流速ゲインＧｖ（Ｖｇ）の式は、図９に実線で示すグラフの基礎となった流速ＶｇとゲインＧとの各測定結果から得た回帰線の関数で示される。基準ガス温Ｔｇｒ下での、この流速ゲインＧｖ（Ｖｇ）の関数は、例えば、下記式（１４）を例示できる。
Ｇｖ（Ｖｇ）＝６．８８５４Ｖｇ0.8841 …（１４）
一方、ガス温ゲイン係数ｇｔ（Ｔｇ）は、図１１に示す、基準流速Ｖｇｒ（本実施形態ではＶｇｒ＝１０ｍ／ｓ）下での、ゲインのガス温依存性を示すグラフで与えられるガス温ゲインＧｔ（Ｔｇ）と、基準ガス温Ｔｇｒにおけるガス温ゲインＧｔ（Ｔｇｒ）とを用いて、下記式（１５）で示すことができる。
ｇｔ（Ｔｇ）＝Ｇｔ（Ｔｇ）／Ｇｔ（Ｔｇｒ） …（１５）
従って、式（１２）のゲインＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）は、下記式（１６）のように表せる。
Ｇ（Ｖｇ，Ｔｇ）＝Ｇｒ・Ｇｖ（Ｖｇ）／Ｇｖ（Ｖｇｒ）
・Ｇｔ（Ｔｇ）／Ｇｔ（Ｔｇｒ） …（１６）
このガス温ゲインＧｔ（Ｔｇ）も、図１１のグラフから判るように、排気ガスＥＧのガス温Ｔｇが大きくなるほど、陽イオンＣＰの運動エネルギー及び速度が大きくなり、微粒子Ｓに衝突する確率が高くなるので、ガス温Ｔｇに比例してガス温ゲインＧｔも大きくなると考えられる。
なお、現実的には、ガス温ゲインＧｔ（Ｔｇ）は、図１１のグラフの基礎となったガス温Ｔｇとゲインの各測定結果から得た回帰線の関数で示される。基準流速Ｖｇｒ下での、ガス温ゲインＧｔ（Ｔｇ）の関数は、例えば、下記式（１７）を例示できる。
Ｇｔ（Ｔｇ）＝０．０２４Ｔｇ＋０．５１６３ …（１７）
以上から、式（１０）及び式（１６）を式（６）に適用した下記式（１８）により、流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇの影響を除いた、排気ガスＥＧの体積微粒子量Ｍを得ることができる。
Ｍ＝（Ｓｓ−Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ））／Ｇ（Ｖｇ，Ｔｇ）
＝〔Ｓｓ−Ｓｆｖ（Ｖｇ）・Ｓｆｔ（Ｔｇ）／Ｓｆｔ（Ｔｇｒ）〕・１／Ｇｒ
・Ｇｖ（Ｖｇｒ）／Ｇｖ（Ｖｇ）・Ｇｔ（Ｔｇｒ）／Ｇｔ（Ｔｇ） …（１８）
さらに本実施形態においては、式（１８）について、式（８），（１１），（１４），（１７）を適用し、具体的な流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇの値を代入して、排気ガスＥＧの体積微粒子量Ｍを得る。
以上で説明したように本実施形態のシステム１０によれば、微粒子量取得部５５０において、センサ電流値Ｓｓ、外部ガス流の流速Ｖｇ、及び外部ガスのガス温Ｔｇを用いて、被測定ガスＥＩに含まれた微粒子Ｓの量Ｍ（体積微粒子量Ｍ）を取得するので、流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇの影響を低減して、適切な微粒子の量Ｍを取得し、車両制御部ＥＣＵに向けて出力することができる。
即ち、この微粒子検知システム１０では、オフセット電流値Ｓｆ及びゲインＧにおける流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇの影響を低減して、微粒子の量Ｍを取得するので、外部ガス流の流速Ｖｇの大小及び外部ガスのガス温Ｔｇの高低によらず、適切な微粒子の量Ｍ（体積微粒子量Ｍ）を取得することができる。
また、ゲインＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）を、定数である基準ゲインＧｒと、流速Ｖｇによって変化し、基準ゲインの補正係数として機能するＧｖ（Ｖｇ）／Ｇｖ（Ｖｇｒ）と、ガス温Ｔｇによって変化し、基準ゲインの補正係数として機能するＧｔ（Ｔｇ）／Ｇｔ（Ｔｇｒ）とに分けたので、流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇの変動による基準ゲインＧｒに対する影響を容易に評価することができる。
（変形形態）
上記実施形態のシステム１０では、オフセット電流値Ｓｆ及びゲインＧにおける流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇの影響を低減するようにしたが、ガス温Ｔｇの影響を考慮せず、オフセット電流値Ｓｆ及びゲインＧにおける流速Ｖｇの影響を考慮するようにしても良い。
本変形形態の微粒子検知システム１０１０は、前述した実施形態のシステム１０とほぼ同じであるが、センサ制御部１５００では、図２，図７において破線で示すガス温取得部５２０、ステップＳ３を備えず、ガス温Ｔｇを取得しない点、及び、微粒子量取得部１５５０において、微粒子の量Ｍ（体積微粒子量Ｍ）を算出する式が異なる点で相違する。そこで、同様な部分の説明は省略し、異なる部分を中心に説明する。
本変形形態の微粒子検知システム１０１０では、センサ制御部１５００のうち微粒子量取得部１５５０において、センサ電流値Ｓｓ及び排気ガス流ＥＧＦの流速Ｖｇを用いて、流速Ｖｇの影響を低減した体積微粒子量Ｍを取得する（図７参照）。
本変形形態のシステム１０でも、センサ制御部１５００のセンサ電流値取得部５３０で、センサ電流測定回路７４０からセンサ電流値Ｓｓを取得する（ステップＳ１）。
次いで、流速取得部５１０で、排気管ＥＰを流れる排気ガスＥＧの流速Ｖｇを、車両制御部ＥＣＵから通信により取得する（ステップＳ２）。
次いで、ステップＳ３のガス温Ｔｇの取得を行うことなく、微粒子量取得部１５５０で、オフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ）及びゲインＧ（Ｖｇ）を用いて、排気ガスＥＧの体積微粒子量Ｍを算出する（ステップＳ４）。なお、オフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ）及びゲインＧ（Ｖｇ）は、それぞれ流速オフセット電流値Ｓｆｖ（Ｖｇ）及び流速ゲインＧｖ（Ｖｇ）と同じである。
具体的には、前記式（４）と同じ下記式（１９）に従って、体積微粒子量Ｍを算出する。
Ｍ＝（Ｓｓ−Ｓｆｖ（Ｖｇ））／Ｇｖ（Ｖｇ） …（１９）＝（４）
前述したように、流速オフセット電流値Ｓｆｖ（Ｖｇ）は、図８において実線で示す、オフセット電流値の流速依存性を示すグラフで与えられる。また、この流速オフセット電流値Ｓｆｖ（Ｖｇ）の式は、図８に実線で示すグラフの基礎となった流速Ｖｇとオフセット電流値Ｓｆとの各測定結果から得た回帰線の関数であり、前述した式（８）で例示される。
Ｓｆｖ（Ｖｇ）＝０．０３４Ｖｇ2−０．１６３Ｖｇ …（８）
一方、ゲインＧ（Ｖｇ）については、下記式（２０）に示すように、基準流速Ｖｇｒにおける基準ゲインＧｒ（定数）と、ゲインにおける流速Ｖｇの影響を示す流速ゲイン係数ｇｖ（Ｖｇ）との積に分解して考える。
Ｇ（Ｖｇ）＝Ｇｒ・ｇｖ（Ｖｇ） …（２０）
前述した実施形態で説明したように、流速ゲイン係数ｇｖ（Ｖｇ）は、図９において実線で示す、ゲインの流速依存性を示すグラフで与えられる流速ゲインＧｖ（Ｖｇ）と、基準流速Ｖｇｒにおける流速ゲインＧｖ（Ｖｇｒ）とを用いて、下記式（１３）で示すことができる。流速ゲインＧｖ（Ｖｇｒ）は定数である。
ｇｖ（Ｖｇ）＝Ｇｖ（Ｖｇ）／Ｇｖ（Ｖｇｒ） …（１３）
流速ゲインＧｖ（Ｖｇ）は、図９において実線で示す、ゲインの流速依存性を示すグラフで与えられる。この流速ゲインＧｖ（Ｖｇ）の式は、図９に実線で示すグラフの基礎となった流速ＶｇとゲインＧとの各測定結果から得た回帰線の関数であり、前述した式（１４）で例示される。
Ｇｖ（Ｖｇ）＝６．８８５４Ｖｇ0.8841 …（１４）
式（２０）のゲインＧ（Ｖｇ）は、下記式（２１）のように表せる。
Ｇ（Ｖｇ）＝Ｇｒ・Ｇｖ（Ｖｇ）／Ｇｖ（Ｖｇｒ） …（２１）
以上から、式（２１）を式（１９）に適用した下記式（２２）により、流速Ｖｇの影響を除いた、排気ガスＥＧの体積微粒子量Ｍを得ることができる。
Ｍ＝（Ｓｓ−Ｓｆ（Ｖｇ））／Ｇ（Ｖｇ）
＝〔Ｓｓ−Ｓｆｖ（Ｖｇ）〕・１／Ｇｒ・Ｇｖ（Ｖｇｒ）／Ｇｖ（Ｖｇ） …（２２）
さらに本変形形態においては、式（２２）について、式（８），（１４）及び具体的な流速Ｖｇの値を代入して、排気ガスＥＧの体積微粒子量Ｍを得る。
以上において、本発明を実施形態及び変形形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態及び変形形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
実施形態及び変形形態においては、微粒子量取得部５５０，１５５０において、センサ電流値Ｓｓのほか、流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇあるいは流速Ｖｇを用いて、体積微粒子量Ｍを取得した例を示した。
しかし、センサ電流値Ｓｓを流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇであるいは流速Ｖｇで補正して、一旦補正済センサ電流値を算出し、この補正済センサ電流値を用いて体積微粒子量Ｍを取得しても良い。
また、微粒子量取得部において、センサ電流値Ｓｓを用いて補正前体積微粒子量を取得した後、流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇであるいは流速Ｖｇで、補正前体積微粒子量を補正して体積微粒子量Ｍを取得するようにしても良い。
実施形態及び変形形態では、式（１８），（１９）等を用いて、取得したセンサ電流値Ｓｓ、流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇ、あるいは取得したセンサ電流値Ｓｓ及び流速Ｖｇを用いて、体積微粒子量Ｍを算出し、車両制御部ＥＣＵに向けて出力している。しかし、予め作成したテーブルを用いて、取得したセンサ電流値Ｓｓ、流速Ｖｇ及びガス温Ｔｇに対応する体積微粒子量Ｍを、あるいは取得したセンサ電流値Ｓｓ及び流速Ｖｇに対応する体積微粒子量Ｍを得るようにしても良い。
また実施形態等においては、微粒子検知システム１０（センサ駆動部３００）の出力を車両制御部ＥＣＵに入力し、エンジンＥＮＧの制御やフィルタ装置ＤＰＦの故障検知に利用した例を示した。
しかし、微粒子検知システム１０（センサ駆動部３００）が出力する微粒子の量Ｍ（体積微粒子量Ｍ）を、パソコンに入力して、微粒子検知システム１０を、車両ＡＭの走行中における排気ガスＥＧ中の微粒子Ｓの量Ｍの検知を行う測定装置として利用することもできる。
１０，１０１０ 微粒子検知システム
１００ センサ部
１００ｅ （センサ部の）先端部（イオン作用部）
１３１ｓ 放電電極体
１３１ｓｓ （放電電極体の）先端部
１４１ 補助電極パッド
１６０ プロテクタ（イオン作用部）
１６０ｉ 導入口
１６０ｅ 排出口
１６１ 内側プロテクタ
１６１ｃ 連通口
１６１ｅ 排出口
１６５ 外側プロテクタ
１６５ｉ 導入口
３００ センサ駆動部
４００ 駆動回路部
５００，１５００ センサ制御部
５１０ 流速取得部
５２０ ガス温取得部
５３０ センサ電流値取得部
５５０，１５５０ 微粒子量取得部
７３０ 放電電流測定回路
７４０ センサ電流測定回路（センサ電流値取得部）
ＥＣＵ 車両制御部
ＥＰ 排気管
ＥＧ 排気ガス（外部ガス）
ＥＧＦ 排気ガス流（外部ガス流）
ＥＩ 被測定ガス
ＥＩＦ 被測定ガス流
Ｓ 微粒子
ＳＣ （イオンが付着した）帯電微粒子
ＣＰ イオン
ＣＰＦ 浮遊イオン（非付着イオン）
ＣＰＨ 排出イオン
Ｉｒ 帰還電流
Ｉｅｓｃ 漏洩電流
Ｉｓ センサ電流
Ｓｓ センサ電流値
Ｖｇ （排気ガス流の）流速
Ｖｇｒ 基準の流速
Ｔｇ （排気ガス流の）ガス温
Ｔｇｒ 基準ガス温
Ｍ （排気ガス、被測定ガスの）体積微粒子量（微粒子量）
Ｇ，Ｇ（Ｖｇ），Ｇ（Ｖｇ，Ｔｇ），Ｇｖ（Ｖｇ），Ｇｔ（Ｔｇ） ゲイン
Ｇｒ 基準ゲイン
Ｓｆ，Ｓｆ（Ｖｇ），Ｓｆｖ（Ｖｇ），Ｓｆｔ（Ｔｇ） オフセット電流値

Claims (6)

  1. センサ部と、
    上記センサ部を駆動するセンサ駆動部と、を備え、
    上記センサ部の外部を流れる外部ガスの外部ガス流によって、上記外部ガスの一部である被測定ガスが上記センサ部の内部を通過する被測定ガス流を上記センサ部内に生じさせて、上記被測定ガスに含まれた微粒子の量Ｍを検知する
    微粒子検知システムであって、
    上記センサ部は、
    放電により上記被測定ガスを起源とするイオンを発生させ、上記被測定ガスに含まれる上記微粒子に上記イオンを付着させ帯電させた帯電微粒子を上記被測定ガスと共に上記センサ部外に排出する一方、上記イオンのうち上記微粒子に付着しなかった非付着イオンの少なくとも一部を捕集して上記非付着イオンの上記センサ部外への排出を抑制するイオン作用部を有し、
    上記センサ駆動部は、
    上記帯電微粒子のセンサ部外への排出によって流出した流出電荷量に対応するセンサ電流値Ｓｓを取得するセンサ電流値取得部と、
    外部から上記外部ガス流の流速Ｖｇを取得する流速取得部と、
    上記センサ電流値Ｓｓ及び上記外部ガス流の上記流速Ｖｇを用いて、上記流速Ｖｇの影響が低減された、上記微粒子の量Ｍを取得する微粒子量取得部と、を有し、
    前記微粒子量取得部は、
    前記センサ電流値Ｓｓを用いて、前記微粒子の量Ｍを取得するにあたり、
    前記流速Ｖｇに応じて変化するオフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ）及びゲインＧ（Ｖｇ）を用いて、上記微粒子の量Ｍを取得する
    微粒子検知システム。
  2. 請求項１に記載の微粒子検知システムであって、
    前記微粒子量取得部は、
    前記センサ電流値Ｓｓから前記外部ガス流の前記流速Ｖｇに応じて流れるオフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ）を差し引いた値を、ゲインＧ（Ｖｇ）で除して、前記微粒子の量Ｍを得る
    微粒子検知システム。
  3. 請求項２に記載の微粒子検知システムであって、
    前記ゲインＧ（Ｖｇ）を下記式（Ａ）で与え、
    Ｇ（Ｖｇ）＝Ｇｒ・Ｇ（Ｖｇ）／Ｇ（Ｖｇｒ） …（Ａ）
    Ｇｒは、基準の流速Ｖｇｒにおける基準ゲインである
    微粒子検知システム。
  4. センサ部と、
    上記センサ部を駆動するセンサ駆動部と、を備え、
    上記センサ部の外部を流れる外部ガスの外部ガス流によって、上記外部ガスの一部である被測定ガスが上記センサ部の内部を通過する被測定ガス流を上記センサ部内に生じさせて、上記被測定ガスに含まれた微粒子の量Ｍを検知する
    微粒子検知システムであって、
    上記センサ部は、
    放電により上記被測定ガスを起源とするイオンを発生させ、上記被測定ガスに含まれる上記微粒子に上記イオンを付着させ帯電させた帯電微粒子を上記被測定ガスと共に上記センサ部外に排出する一方、上記イオンのうち上記微粒子に付着しなかった非付着イオンの少なくとも一部を捕集して上記非付着イオンの上記センサ部外への排出を抑制するイオン作用部を有し、
    上記センサ駆動部は、
    上記帯電微粒子のセンサ部外への排出によって流出した流出電荷量に対応するセンサ電流値Ｓｓを取得するセンサ電流値取得部と、
    外部から上記外部ガス流の流速Ｖｇを取得する流速取得部と、
    上記センサ電流値Ｓｓ及び上記外部ガス流の上記流速Ｖｇを用いて、上記流速Ｖｇの影響が低減された、上記微粒子の量Ｍを取得する微粒子量取得部と、を有し、
    前記センサ駆動部は、
    外部から前記外部ガスのガス温Ｔｇを取得するガス温取得部を有し、
    前記微粒子量取得部は、
    前記センサ電流値Ｓｓ、前記外部ガス流の上記流速Ｖｇに加えて、上記外部ガスの上記ガス温Ｔｇを用いて、上記流速Ｖｇ及び上記ガス温Ｔｇの影響が低減された、前記被測定ガスに含まれる前記微粒子の量Ｍを取得し、
    前記微粒子量取得部は、
    前記センサ電流値Ｓｓを用いて、前記微粒子の量Ｍを取得するにあたり、
    前記流速Ｖｇおよび上記ガス温Ｔｇに応じて変化するオフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）及びゲインＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）を用いて、上記微粒子の量Ｍを取得する
    微粒子検知システム。
  5. 請求項４に記載の微粒子検知システムであって、
    前記微粒子量取得部は、
    前記センサ電流値Ｓｓから前記外部ガス流の前記流速Ｖｇ及び前記ガス温Ｔｇに応じて流れるオフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）を差し引いた値を、ゲインＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）で除して、前記微粒子の量Ｍを得る
    微粒子検知システム。
  6. 請求項５に記載の微粒子検知システムであって、
    前記オフセット電流値Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）を下記式（Ｂ）で与え、
    前記ゲインＧ（Ｖｇ，Ｔｇ）を下記式（Ｃ）で与え、
    Ｓｆ（Ｖｇ，Ｔｇ）＝Ｓｆｖ（Ｖｇ）・Ｓｆｔ（Ｔｇ）／Ｓｆｔ（Ｔｇｒ）…（Ｂ）
    Ｇ（Ｖｇ，Ｔｇ）＝Ｇｒ・Ｇｖ（Ｖｇ）／Ｇｖ（Ｖｇｒ）
    ・Ｇｔ（Ｔｇ）／Ｇｔ（Ｔｇｒ） …（Ｃ）
    Ｓｆｖ（Ｖｇ）は、基準のガス温Ｔｇｒで、かつ、外部ガスに含まれた微粒子の量Ｍをゼロとした条件下で、外部ガス流の流速Ｖｇとオフセット電流値Ｓｆとのオフセット流速依存関係を示す関数であり、
    Ｓｆｔ（Ｔｇ）は、基準の流速Ｖｇｒで、かつ、外部ガスに含まれた微粒子の量Ｍをゼロとした条件下で、外部ガスのガス温Ｔｇとオフセット電流値Ｓｆとのオフセットガス温依存関係を示す関数であり、
    Ｇｒは、基準の流速Ｖｇｒ、かつ基準のガス温Ｔｇｒにおける基準ゲインであり、
    Ｇｖ（Ｖｇ）は、基準のガス温Ｔｇｒ下で、かつ、外部ガスに含まれた微粒子の量Ｍを一定とした条件下で、外部ガス流の流速ＶｇとゲインＧとの間のゲイン流速依存関係を示す関数であり、
    Ｇｔ（Ｔｇ）は、基準の流速Ｖｇｒで、かつ、外部ガスに含まれた微粒子の量Ｍを一定とした条件下で、外部ガスのガス温ＴｇとゲインＧとの間のゲインガス温依存関係を示す関数である
    微粒子検知システム。
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